Sintesi e Caratterizzazione di leghe ad alta entropia per lo stoccaggio di idrogeno allo stato solido

Nowadays, the importance to move on to a hydrogen-based economy is prominent to fulfil the sustainable goals predefined by the United Nations, although is not simple task: hydrogen has some issues, in particular, its production and storage.[1] Currently, most of the produced hydrogen is achieved starting from fossil fuels, with a procedure called Steam Methane Reforming (SMR) wherein a huge amount of carbon dioxide is released, so mankind must invest in new greener methods of hydrogen production such as electro- and thermo-lysis of water to be fed by renewable energy sources. Concerning the storage, nowadays, hydrogen is mainly stored as a compressed gas, thus requiring high pressures and this poses risks concerning its use. Another storage alternative is using hydrogen as a cryogenic liquid, despite it is a safer storage method its uses are restricted because of its high cost.[2] The third option for storing hydrogen involves solid state materials, which are capable of absorbing extensive hydrogen amount in a reversible manner: this is the so-called “solid state hydrogen storage”. Some new materials like high entropy alloys, which are metal alloys where there is the simultaneous presence of several elements on the same crystallographic site, are auspicious for hydrogen storage. The aim of this thesis project is to synthesise some high entropy alloys, performing their physico-chemical characterization and study their kinetics and thermodynamic behaviour towards the hydrogen uptake. Due to the low hydrogen uptake, about 0.8% wt, other investigation are needed to optimize the prepared materials.

Ad oggi l'importanza di spostarsi verso un economia basata sull'idrogeno è di vitale importanza per realizzare gli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile definiti dalle Nazioni Unite, sebbene non è un compito semplice: l'idrogeno ha alcuni problemi in particolare la sua produzione e lo stoccaggio. Attualmente la stragrande maggioranza dell'idrogeno viene ottenuto a partire dai combustibili fossili, attraverso il Reforming, in cui viene rilasciata una grossa quantità di anidride carbonica, quindi l'umanità deve investire in nuovo metodi di produzione di idrogeno più puliti, come elettro- e la termolisi, alimentate da energie rinnovabili. Per quanto riguarda lo stoccaggio, oggi l'idrogeno è stoccato principalmente come gas compresso, che richiede elevate pressione e pone dei riguardo al suo utilizzo. Un 'alternativa è lo stoccaggio come liquido criogenico, che è più sicuro, ma il suo uso è circoscritto dato elevato costo. La terza opzione per stoccare idrogeno coinvolge materiali allo stato solido, che sono capaci di assorbire grosse quantità di idrogeno in modo reversibile. Nuovi materiali come le leghe ad alta entropia, che consistono di leghe in cui c'è la presenza simultanea di parecchi elementi sullo stesso sito cristallografico sono promettenti per l'hydrogen storage. Lo scopo di questo progetto di tesi è di sintetizzare e caratterizzare diversi sistemi ad alta entropia, studiando la cinetica e la termodinamica verso l'assorbimento di idrogeno. Dato che il materiale preparato assorbe poco, circa 0.8% wt sono necessarie ulteriori investigazioni per ottimizzare il materiale preparato.